Non sono stelle, ma non sono neppure pianeti. Questi singolari oggetti celesti furono teorizzati già nei primi anni Sessanta dello scorso secolo dall’astronomo Shiv S. Kumar. Inizialmente gli furono attribuiti vari nomi: nane nere, planetar o substelle. Nel 1975 la denominazione di nana bruna fu proposta per la prima volta dall’astronoma statunitense Jill Tarter. Fu però necessario aspettare fino al 1988 per la prima osservazione di questi strani corpi celesti.
Eric Becklin e Ben Zuckerman della UCLA individuarono una debole compagna della nana bianca GD 165, alla distanza di 120 anni luce dalla principale. Lo spettro di GD 165 B mostrava picchi di radiazione molto spostati verso l’infrarosso. Divenne chiaro che GD 165 B era un oggetto più freddo rispetto alla nana rossa meno calda fino ad allora conosciuta, avendo una temperatura superficiale di 2100 K. Non fu subito chiaro se GD 165 B fosse una stella di massa molto piccola oppure una nana bruna. Successivamente si scoprì che, benché la massa di GD 165 B sia vicina a quella di transizione fra le nane brune e le stelle, essa era probabilmente una nana bruna.
Poi più niente fino al 1995 quando fu annunciata la scoperta di un oggetto TEIDE 1, classificato inequivocabilmente come una nana bruna. Quasi in contemporanea fu annunciata la scoperta di Gliese 229 b che registrava una temperatura superficiale ancora più bassa, circa 1300 K.
Dopo queste prime scoperte, le identificazioni di nane brune si sono moltiplicate. Alla fine del 2012 erano conosciute 1812 nane brune. Oggi sono alcune migliaia. Alcune di esse sono relativamente vicine alla Terra come la coppia ε Indi Ba e Bb, due nane brune gravitazionalmente legate fra loro orbitanti intorno a una stella distante 12 anni luce dal sistema solare, o come WISE 1049-5319, un sistema binario di nane brune distante 6,5 anni luce.
Molte altre sono in procinto di essere scoperte permettendoci così di perfezionare la nostra conoscenza sui processi fisici che governano questi singolari oggetti. La maggior parte delle stelle è alimentata dalla fusione dell’idrogeno in elio che le mantiene stabili per miliardi di anni. La nana bruna invece è un’aspirante stella che non riesce a raggiungere le temperature e la pressione indispensabili per innescare questa fusione. Hanno una massa non superiore all’8% di quella del Sole, pari cioè a circa 80 volte quella di Giove.
Studi recenti affermano che le nane brune sono oggetti molto comuni nella galassia e si trovano ovunque. Alcuni dei sistemi stellari più vicini al nostro Sole sono nane brune, per la precisione il terzo ed il quarto sistema extrasolare più vicino rispettivamente a 6,5 e 7,3 anni luce. La luce e la radiazione che emettono non dipendono dalla fusione dell’idrogeno in elio, bensì dal calore interno di questi corpi celesti. All’inizio sono relativamente caldi, circa 2700 gradi celsius , alcuni miliardi di anni dopo, le nane brune si raffreddano e diventano più fioche. Le nane brune sono “immortali”, si limitano a perdere temperatura e luminosità con il trascorrere degli eoni.
La nana bruna più fredda conosciuta ha una temperatura inferiore al punto di congelamento dell’acqua. Essendo così fredde la maggior parte della luce che emettono è visibile alle lunghezze d’onda dell’infrarosso. E’ impossibile distinguerle ad occhio nudo nel cielo stellato, ma se fossimo in grado di farlo ci apparirebbero con una tonalità arancione o magenta opaca.
Come il nostro Sole, le nane brune sono composte quasi esclusivamente da idrogeno ma le basse temperature che raggiungono consentono nella parte superiore dell’atmosfera la formazione di varie molecole. In quasi tutte le nane brune sono visibili segni di vapore acqueo. Man mano che si raffreddano muta la chimica atmosferica e diventano predominanti diverse molecole e tipi di nuvole.
L’evoluzione dell’atmosfera di una nana bruna dipende quindi dalla sua massa e dalla sua età. Questi oggetti presentano ancora molti elementi oscuri e misteriosi tanto da aver ingenerato anche ipotesi estremamente fantasiose. Si è passati da ritenerli oggetti che fossero una specie di “magazzino” della materia oscura (peccato che emettano luce) alla convinzione che le regioni fredde superiori della loro atmosfera potessero ospitare forme di vita.
Fino ad arrivare alla più inverosimile di tutte, la “bufala” propalata nel 1995 che vorrebbe una nana bruna in rotta di collisione con la Terra. Inutile dire che il “cataclisma di Niburu” non ha alcun fondamento, se un oggetto del genere fosse davvero in rotta di collisione con la Terra sarebbe già visibile centinaia se non migliaia di anni prima della catastrofica collisione.
Le nane brune sono al limite inferiore del processo di formazione stellare e questo ci da l’occasione di migliorare la nostra conoscenza sul processo di formazione sia delle stelle che dei pianeti. Oggi sembra abbastanza chiaro che la maggior parte delle nane brune sembra formarsi come stelle in scala ridotta ma con una massa di gas più piccola. Ed il fatto che anche le nane brune formino dischi circumstellari lascia intatta la possibilità che ospitino pianeti. Per adesso non abbiamo ancora una conferma dell’esistenza di pianeti in orbita intorno ad una nana bruna ma i dati in nostro possesso la rendono una possibilità plausibile.
Di recente sono state scoperte nane brune isolate con masse estremamente piccole (meno di 13 volte la massa di Giove). Queste scoperte hanno rilanciato il dibattito sulla loro formazione. E’ possibile che queste particolari nane brune siano il “prodotto” di dischi circumstellari di stelle più massicce e quindi abbiano una genesi più vicina a quella dei pianeti che delle stelle? Una recentissima scoperta, effettuata nel 2020, grazie al vecchio ed indomabile Hubble, ha individuato un sistema binario di nane brune OPH 98 AB, estremamente giovane (3 milioni di anni) che supporta un meccanismo di formazione analogo a quello delle stelle per masse planetarie.
Anche in questo campo dell’astronomia i ricercatori attendono con ansia il lancio del James Webb Space Telescope, una parte dei misteri che circondano questi singolari oggetti celesti potrebbe essere finalmente disvelato.
Fonti:
alcune voci di Wikipedia
Le Scienze, ottobre 2021, ed. cartacea
